BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING ŘETĚZOVÝ DOPRAVNÍK CHAIN CONVEYOR DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. MAREK ŠTĚPÁN doc. Ing. MIROSLAV ŠKOPÁN, CSc. BRNO 2013

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2012/2013 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Marek Štěpán který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Automobilní a dopravní inženýrství (2301T038) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Řetězový dopravník Chain Conveyor Stručná charakteristika problematiky úkolu: Návrh konstrukčního řešení řetězového dopravníku pro obslužnou jednotku skladovacího systému Multitower. Základní technické údaje: šířka kazety... 7300 mm délka kazety... 850 mm délka pojezdu...2500 mm rychlost... 0,20 0,25 m/s výška dna kazety.. 650 mm Cíle diplomové práce: Technická zpráva: - rešerše zabývající se problematikou skladování a manipulace převážně s hutním tyčovým materiálem skladovaným ve vertikálních skladovacích systémech, - návrh koncepce řešení, - proveďte návrh konstrukčního řešení včetně pohonu a nezbytných výpočtů - pevnostní a další výpočty del pokynů vedoucího DP Výkresová dokumentace: - montážní sestava navrženého zařízení, - podsestavy a dílenské výkresy del pokynů vedoucího DP

Seznam odborné literatury: 1. POLÁK, J.: Dopravní a manipulační zařízení II., 1. vyd., Ostrava: VŠB - Technická univerzita, 2003, 104 s., ISBN: 80-248-0493-X 2. GAJDŮŠEK, J. - ŠKOPÁN, M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení. Skriptum VUT Brno 1988 3. Související ČSN a firemní literatura Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2012/2013. V Brně, dne 13.11.2012 L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Ředitel ústavu Děkan fakulty

ABSTRAKT, KLÍOVÁ SLOVA ABSTRAKT Cílem této diplomové práce je návrh obslužné vychystávací jednotky pro skladovací systém Multitower. Tato práce se zabývá problematikou skladování tyového materiálu, bezpenostními požadavky a návrhem konstrukce. V konstrukní ásti je ešen návrh pohonu, volba etzu, napínací systém a penos krouticího momentu. Pevnostní analýza dležitých souástí je ešena v poslední ásti práce. KLÍOVÁ SLOVA Obslužná vychystávací jednotka, etzový pevod, pohon, pevodový motor, spojka, ložisko, unaše pevnostní analýza ABSTRACT The aim of this diploma thesis is to design the control picking unit for the storage system Multitower. This work deals with the storage of rods, safety requirements and design of structures. The design part solves the actuator design, choice of chain tensioning system and torque transmission. The strength analysis of important components is solved in last part. KEYWORDS Control picking unit, chain transmission, drive, gear motor, clutch, bearing, carrier, strength analysis BRNO 2013

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ŠTPÁN, M. etzový dopravník. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, 2013. 71 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Miroslav Škopán, CSc. BRNO 2013

ESTNÉ PROHLÁŠENÍ ESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým pvodním dílem, zpracoval jsem ji samostatn pod vedením doc. Ing. Miroslava Škopána, CSc. a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brn dne 24. kvtna 2013..... Bc. Marek Štpán BRNO 2013

PODKOVÁNÍ PODKOVÁNÍ Chtl bych pedevším podkovat svému vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Miroslavu Škopánovi, CSc. Za odbornou pomoc a podntní pipomínky. Dále pak Ing. Danielu Dleskovi z firmy SSI-SCHÄFER za vstícný a podntný pístup pi konzultacích. A v neposlední ad své rodin, pítelkyni a známým za morální a jinou podporu bhem celého mého studia. BRNO 2013

OBSAH OBSAH Úvod... 10 1 Upesnní zadání... 11 2 Systémy manipulace... 12 2.1 Popis manipulovaného materiálu... 12 2.2 Jeáby... 13 2.3 Dopravníky... 13 2.4 Manipulátory a roboti... 13 3 Bezpenost... 14 4 Návrh konstrukce dopravníku... 16 4.1 Válekový dopravník... 16 4.2 etzový dopravník... 17 4.3 Pohon Dopravníku... 19 5 Konstrukce etzového dopravníku... 20 5.1 Pehled konstrukních problém... 20 5.2 etzový pevod... 20 5.2.1 Návrh etzového pevodu... 20 5.2.2 Návrh etzu... 21 5.2.3 etzová kola... 25 5.3 Motor a pevodovka... 27 5.3.1 Motor... 27 5.3.2 Pevodovka... 27 5.3.3 Kontrola pevodového motoru... 28 5.4 Systém napínání... 35 5.5 Hídele a epy... 36 5.5.1 Návrh minimálního prmru hídele pod pastorkem... 36 5.5.2 Návrh prmru hídele pastorku na stran bez pohonu... 40 5.5.3 Návrh prmru hídele pod etzovými koly... 41 5.5.4 Návrh prmru epu pod napínacím kolem... 43 5.5.5 Ložiska... 45 5.6 Spojky... 50 5.6.1 Volba typu spojky... 50 5.6.2 Návrh velikosti spojky... 51 5.6.3 Kontrola spojky... 51 5.7 Transmisní hídel... 53 5.8 Unašee... 56 BRNO 2013 8

OBSAH 5.9 Rám... 57 5.10 Dojezdová idla... 57 6 Pevnostní analýza... 58 6.1 Napínací páka... 58 6.2 Rám pohonu... 60 6.3 Rám dopravníku... 61 6.4 Unaše... 63 Závr... 64 Seznam použitých zkratek a symbol... 66 Seznam píloh... 71 BRNO 2013 9

ÚVOD ÚVOD I v dnešní logistické praxi je stále nutné využívat nejrznjších skladovacích systém. Tyto systémy jsou využívány jako zásobníky, které napomáhají vyrovnávat výchylky v asov nepetržitém toku materiálu, nebo jako nástroje pro uskladnní i archivaci (vzorkové sklady, automatizované parkovací sklady, archivy atd.). Mezi takovéto systémy patí mimo jiné rzné typy zásuvkových nebo policových zásobník. Úelem tchto systém je maximální využití skladovacích prostor a zajištní dostupnosti skladovaného materiálu podle momentálních poteb jeho vyskladnní nebo uskladnní. Typickým píkladem výše popsaného systému je vertikální skladovací jednotka Multitower, která využívá dvou protistojných vžových regál a systému kazet, které jsou dopravovány extractorem umístným v ulice mezi tmito regály. Výhodou tohoto druhu skladování je maximální využití skladovacího potenciálu, jelikož se pedpokládá využití prostoru v celé výši skladovací haly. Tato jednotka je urena pedevším pro manipulaci s hutním tyovým materiálem, jako jsou tye, trubky a rzné jiné profily. Cílem této diplomové práce je navrhnout obslužnou vychystávací jednotku s etzovým dopravníkem pro systém Multitower (viz Obr. 1), vetn návrhu pohonné jednotky a výkresové dokumentace. Obr. 1-Schéma Multitoweru a vychystávací jednotky BRNO 2013 10

UPESNNÍ ZADÁNÍ 1 UPESNNÍ ZADÁNÍ Rozmry kazety dané v zadání jsou vnitní rozmry pro ukládání materiálu. Pro poteby konstrukního návrhu je nutno definovat i vnjší rozmry kazety. Ty jsou dány v tabulce, dále jsou zde uvedeny další upesující informace nutné ke konstrukci dopravníku. Tab. 1- Upesující parametry Vnjší šíka kazety 7390 mm Vnjší délka kazety 1030 mm Vnjší výška kazety 300 mm Šíka pojezdové lišty 40 mm Hmotnost kazety 300 kg Provozní hmotnost kazety 3 300 kg Výška dna kazety 600 mm Zrychlení kazety 0,3 ms -2 Životnost zaízení 6 000 h BRNO 2013 11

SYSTÉMY MANIPULACE 2 SYSTÉMY MANIPULACE Skladovací jednotka Multitower je urena pedevším ke skladování hutního tyového materiálu v horizontální poloze. Tento materiál je uložen v pepravních kazetách o vnjší šíce 7300 mm. Ukládání materiálu do kazet je možno provádt run, ale je vhodné využít také rzné strojní manipulaní techniky, a to pedevším s ohledem na váhu a rozmry skladovaného materiálu. Tato technika mže být buto run ovládaná, jako napíklad rzné druhy jeábových zaízení, vysokozdvižné vozíky a jiné, nebo lze využít automatizovaných zaízení, jako jsou manipulátory, nebo prmyslové roboty. Vychystávací jednotka by tudíž mla být navržena tak, aby bylo možno využít všechny druhy vychystávání, ímž se tento systém stane variabilnjším. 2.1 POPIS MANIPULOVANÉHO MATERIÁLU Tyový materiál je takový, jehož délka znan pevažuje nad ostatními rozmry. Ty jsou zpravidla charakterizovány jeho délkou a prezovými rozmry. Prezy mohou být rzného tvaru, od klasických kruhových i obdélníkových, pes trubky, jäckly, profily typu L, U, C, I, H, T, až po mnohem složitjší tvary. Takovéto tye i profily mohou být vyrábny z rzných slitin železa, hliníku, mdi a jiných kov, nebo také z plast, jako je napíklad PVC, PE a jiné. Problémem u tohoto materiálu je jeho transport. Tye bývají asto vázány do rzných svazk, viz Obr. 2, které usnadují jeho manipulaci. Komplikace nastávají v pípad, kdy je teba ze svazku odebrat nkolik kus. Svazek je vtšinou nutno rozpojit a pro následný transport opt svázat. Tento problém je u systému Multitower odstrann využitím nosných kazet, ve kterých je skladovaný materiál voln uložen, pípadn i svázán. Obr. 2- Peprava tyového materiálu BRNO 2013 12

SYSTÉMY MANIPULACE 2.2 JEÁBY Pro ukládání a vykládání kazet je možno využít rzné druhy jeábových zaízení. Ta mohou být buto implementována pímo do konstrukce budovy, jako jsou napíklad mostové jeáby, nebo se mže jednat o dodaten instalované nebo mobilní jeábové systémy, viz Obr. 3. 2.3 DOPRAVNÍKY Obr. 3-Schéma aplikace jeábových zaízení Další možnost vyskladování a naskladování systému Multitower umožuje samotná konstrukce kazety. Tyto kazety mají jednu bonici otevenou. Takové ešení umožuje boní vyskladování materiálu bez nutnosti jeho zvedání. Materiál mže být vyskladnn na dopravníkovou tra tvoenou zpravidla válekovými dopravníky. Tyto dopravníky asto pepravují materiál k dlícím zaízením, jako jsou pily nebo nžky. Dalším typem dopravník využívaných k vyskladování jsou rzné druhy etzových i pásových dopravník, viz Obr. 4. 2.4 MANIPULÁTORY A ROBOTI Obr. 4- Vychystávání pomocí dopravník V dnešní dob automatizace se klade velký draz na nahrazení lidských pracovních zdroj ástenou nebo úplnou automatizací skladového hospodáství. Automaty odstraují nkteré negativní faktory skladování a manipulace s materiálem. Jsou to pedevším runí manipulování s tžkými bemeny a také neustále se opakující dje. V podobných pípadech bývá vhodnjší využít rzných druh manipulátor, nebo také prmyslových robot. Jejich využití je ovšem závislé na charakteru skladu nebo výrobního procesu. BRNO 2013 13

BEZPENOST 3 BEZPENOST Pro zajištní bezpeného provozu je u každého automatizovaného systému nutno zabezpeit všechny pracovní prostory stroj, aby nemohlo dojít k ohrožení lidského zdraví nebo poškození stroje, zapíinné kupíkladu kolizí s jiným zaízením. U dopravníku navrhovaného v rámci této práce se jedná pedevším o prostor, kde se bude pohybovat kazeta s materiálem. Tento prostor je teba zabezpeit tak, aby nemohlo dojít ke vniknutí osoby nebo jiného zaízení do tohoto prostoru, souasn je nutno zajistit dostatený manipulaní prostor pro práci s materiálem. Nejjednodušším zpsobem zabezpeení tohoto prostoru je jeho oplocení, což ovšem vede k znanému omezení manipulaního prostoru. V takovémto pípad by muselo být oplocení do jisté míry mobilní, pípadn skládací, viz Obr. 5, aby mohla obsluha snadno vychystávat materiál. Na odsluhu toto ešení ovšem klade další nároky na manipulaci s oplocením, jelikož je neekonomické konstruovat jej jako poloautomatické nebo automatické. Obr. 5- Zabezpeení pracovního prostoru oplocením Oplocení je vhodným ešením pouze v pípad, kdy je vychystávání a naskladování materiálu provádno automaticky manipulátorem nebo jiným prmyslovým robotem. V takovémto pípad není nutná pítomnost operátora v pracovním prostoru bhem manipulace, pouze v pípad údržby, a tudíž lze oplocení využít jako bezpenostní prvek proti vniknutí do pracovního prostoru. V pípad, kdy je teba využít jakékoliv lidské innosti k manipulaci s materiálem, je vhodné zajistit takové bezpenostní zaízení, které zabezpeí vasné zastavení stroje, ale zárove co nejmén omezuje obsluhu bhem manipulace s materiálem. Vhodným ešením se jeví rzná idla pohybu, se kterými nemusí obsluha nijak manipulovat, když chce vstoupit do pracovního prostoru, a zárove jsou schopna dostaten pesn detekovat prnik do pracovního prostoru. BRNO 2013 14

BEZPENOST Obr. 6- Zabezpeení pracovního prostoru svtelnou závorou Vhodným druhem senzoru, který lze využít pro navrhovanou vychystávací jednotku, je takzvaná svtelná závora. Její výhody spoívají pedevším v jejím dosahu, jelikož je schopna zabezpeit prostor na dostaten velké vzdálenosti. Další výhodou je její snímací prostor. Ten je dán úzkým svazkem svtla, který je nasmrován od vysílae k pijímai, a snímací pásmo je tím omezeno na úzký prostor. Tím nedochází k ovlivnní idla pi náhodném piblížení, jako je tomu kupíkladu u idel pohybu, viz Obr. 7. Dále se u tchto idel mže zmnit smr svazku svtla, ímž vzniká možnost zalomení ochranného pásma, a to za pomocí odrazových ploch. Další výhodou je to, že tyto závory jsou implementovány do lišt, které zabezpeují dostaten hustou sí svazk, které detekují prniky v rzných výškách. X X Obr. 7- Prostor snímaný pohybovým idlem (vlevo) a svtelnou závorou (vpravo) Nevýhodou tohoto systému je pípadné ovlivnní okolními zdroji svtla a také zneištním prostedí, kterým svtelné svazky procházejí. Nicmén v dnešní dob jsou idla na takové technické úrovni, že tyto problémy jsou již znan eliminovány. Proto je využití svtelných závor vhodnou variantou bezpenostního systému. BRNO 2013 15

NÁVRH KONSTRUKCE DOPRAVNÍKU 4 NÁVRH KONSTRUKCE DOPRAVNÍKU V této kapitole budeme rozebírat konstrukní provedení dopravníku s ohledem na vhodnost použití pro daný systém vychystávání materiálu ze skladovacího zaízení Multitower. Na Obr. 8 je schéma konstrukního návrhu dopravníku s hlavními prvky, jako je motor pohonu, pevodovka, transmisní hídel a také umístní nosných ploch, po kterých se bude kazeta s materiálem pohybovat. (2500) (7300) 4.1 VÁLEKOVÝ DOPRAVNÍK Obr. 8- Schéma návrhu dopravníku Válekový dopravník je ve skladovém hospodáství asto používaným systémem, nejen pro svou variabilitu využití (gravitaní trat, regály, tídící trat a jiné), nosnost, ale také pro svou snadnou údržbu. Dležitým aspektem tohoto druhu dopravníku je pedevším pohon válek. V souasné dob jsou využívány rzné varianty. Jednou z možností pohonu dopravníku je využití válek s integrovaným pohonem. Toto ešení je ovšem vzhledem k poizovacím nákladm krajn nevhodné. Dalším provedením je pohon pomocí pryžových emínk, viz Obr. 9. Tento systém je konstrukn velmi jednoduchý. Pohánn je pouze jeden váleek a hnací moment je poté dále rozvádn na ostatní váleky pomocí emínk. Nejvýhodnji lze toto uspoádání využít tam, kde je poteba tra vést do oblouku nebo jinak naklonit. emínky se totiž lehce pizpsobují danému tvaru trat. Nevýhodou tohoto ešení je, že pi vtších hmotnostech transportovaného materiálu mže docházet k prokluzu emínk v drážkách válek. Nelze je totiž dopínat jinak než pedptím pi montáži. Pi nosnosti kazety tedy je tento zpsob pohonu zcela nevyhovující. BRNO 2013 16

NÁVRH KONSTRUKCE DOPRAVNÍKU Obr. 9- Pohon váleku pryžovými emínky Nedostatky tohoto provedení lze ovšem pomrn snadno eliminovat, zavedením etzového pevodu mezi váleky. Dobe dimenzovaný etzový pevod je schopen penést potebný hnací výkon na jednotlivé váleky, a to bez jakéhokoliv prokluzu mezi nimi. Tento etzový pevod lze realizovat dvma základními zpsoby, jak je naznaeno na Obr. 10. Piemž vzhledem k namáhání etzových kol je vhodnjší provedení a), jelikož je v zábru vždy více zub kola než u provedení b). Obr. 10- Pohon váleketzem, varianta a) a b) Jako další nedostatek tohoto konstrukního ešení je problém pi vytahování kazety z regálu. Pi nestejnomrném naložení kazety mže nastat situace, kdy jedna strana kazety lehce nabhne na dopravník a druhá v dsledku prokluzu mezi váleky nabhne pozdji (nebo vbec). V takovéto situaci by mohlo dojít ke vzpíení kazety a k jejímu pádu. Další nebezpeí mže nastat napíklad pi nouzovém zastavení dopravníku, kdy mže naložená kazeta sklouznout z válekové trati. Dalším aspektem proti této konstrukci je cena válek, která zvyšuje náklady na výrobu. 4.2 ETZOVÝ DOPRAVNÍK Jako nejvhodnjší ešení se v našem pípad jeví použití etzového dopravníku, který je schopen penést dostaten velké síly k manipulaci s kazetou a také zajistit její bezpený pohyb pi vyskladování a naskladování. Navíc je vzhledem ke konstrukci samotné kazety možno osadit etz unašeem, který zabezpeí pesné navedení kazety na dopravník. BRNO 2013 17

NÁVRH KONSTRUKCE DOPRAVNÍKU (2500) (7300) Obr. 11- Schematický návrh etzového dopravníku Na Obr. 12 je schematicky znázornno rozvržení etzového pevodu. Tento pevod mže být pohánn buto pes etzové kol oznaené jako hnací, pípadn i pes napínací kolo. Tato koncepce využívá vtší množství podpurných etzových kol, které nepenáší žádný moment, pouze podpírají etz, na kterém se posunuje kazeta. Z hlediska výrobních náklad by byla tato koncepce nevyhovující, jelikož by bylo nutno do rámu na ložiska uložit velké množství etzových kol. Obr. 12- etzový pevod s podpurnými koly Náklady na výrobu lze snížit nahrazením podpurných etzových kol tecí lištou. Nabízí se zde využití lišty z kluzného plastu, viz Obr. 13, jelikož jsou její poizovací náklady ádov nižší než u pedchozího ešení. Materiál této lišty musí být zvolen tak, aby ml co nejmenší koeficient tení a také byl dostaten pevný a odolný, jinak by mohlo docházet k nadmrnému opotebovávání této lišty. BRNO 2013 18

NÁVRH KONSTRUKCE DOPRAVNÍKU 4.3 POHON DOPRAVNÍKU Obr. 13- etzový pevod s tecí lištou Pohon dopravníku bude zajiš ován tífázovým typólovým asynchronním motorem s kuželo- elní pevodovkou s dutou hídelí od firmy SWE-EURODRIVER, viz Obr. 14. Pevodovka se vyznauje vysokou úinností pes 96 % a dále dlouhou životností pi obou smyslech otáení. Motor bude v provedení MOVIMOT, které je kombinací pevodového motoru a integrovaného digitálního frekvenního mnie, který zajistí plynulý rozbh a zastavení dopravníku. Další výhodou je možnost integrace brzdy a pedevším napojení na automatizaní systém vychystávací jednotky. Dojezd kazety bude ízen bezkontaktními indukními idly, která budou umístna v krajních polohách pepravní trasy. Tato idla pak zajistí zastavení kazety v dostaten pesné poloze k dalšímu vyskladování, kupíkladu pomocí automatizovaných manipulátor. Obr. 14- Pevodový motor s kuželo-elní pevodovkou BRNO 2013 19

5 KONSTRUKCE ETZOVÉHO DOPRAVNÍKU 5.1 PEHLED KONSTRUKNÍCH PROBLÉM V Tab. 2 je pehled základních konstrukních problém, které budou v následující kapitole ešeny. Jedná se o prvotní rozbor problém, které se mohou dále rozvíjet v prbhu ešení diplomové práce. Tab. 2- Pehled konstrukních problém etz a etzová kola Ložiska Unaše Pohonné ústrojí Transmisní hídel Rám V této fázi bude nutno navrhnout vhodný etzový pevod, který bude zabezpeovat penos sil mezi kazetou a hnacím etzovým kolem. Dále zde budou zvoleny vhodné rozmry etzových kol a provedena celková pevnostní kontrola tohoto ústrojí. Návrh ložisek bude zamen na volbu vhodného typu uložení a na výpoet jednotlivých ložisek. Tato souást bude dležitým prvkem pevodu, proto se v této ásti zamíme na jeho konstrukci a provedení. Daná ást se zamí na výpoet parametr pevodovky, elektromotoru a pípadn brzdy. Je nedílnou souástí dopravníku, proto se zde budeme zabývat návrhem vhodného provedení hídele. Jelikož pi montáži dopravníku nebude možno dodržet dostaten pesnou souosost, budeme se zde zabývat i volbou vhodných spojek. Tato podkapitola se bude vnovat vhodným uložením všech ástí dopravníku a návrhem rámu. 5.2 ETZOVÝ PEVOD 5.2.1 NÁVRH ETZOVÉHO PEVODU V této ásti se zamíme pedevším na volbu vhodného uspoádání etzového pevodu, který bude zajiš ovat manipulaci s kazetou. Tento pevod musí umožovat pohyb kazety v obou smrech, což klade urité nároky na jeho konstrukci, a to pedevším v oblasti napínání etzu. Napínání musí být navrženo tak, aby umožovalo zmnu smru otáení etzových kol, ímž se budou mnit polohy tažné vtve etzu. Na Obr. 15 je schematicky znázornno zvolené uspoádání etzového pevodu. V tomto uspoádání je brán zetel pedevším na nízký poet etzových kol, což znan zjednoduší samotnou výrobu a montáž dopravníku. Zárove bude možno etz dostaten napnout a v prbhu provozu etz dopínat, jelikož provozem etzu dochází k jeho prodlužování. Vhodn zvolený napínací systém pak umožní provoz etzu v obou smyslech otáení. BRNO 2013 20

Obr. 15- Schéma zvoleného uspoádání etzového pevodu 5.2.2 NÁVRH ETZU Tato kapitola se bude zabývat návrhem vhodného typu etzu z hlediska použití a pevnostní kontroly. Vhodným typem etzu pro tento dopravník se jeví válekový etz, a to nejen pro svou odolnost, ale také pro relativn nízkou hlunost. etzový dopravník je navrhnut tak, že celá kazeta je podepena pouze na kratších stranách, z ehož vyplývá, že veškeré zatížení bude rozloženo na úzkých plochách pod tmito stranami. Z tohoto dvodu bude vhodné zvolit dostaten široký etz, u kterého nebude hrozit jeho zkroucení vlivem axiálních sil, které mohou vzniknout pi nakládání kazety. S ohledem na rozmry kazety a pedevším na šíku pojezdové lišty, která je 40 mm, volíme etz 12 B-2 dle DIN 8187 s rozteí 19,05 mm a vnjší šíkou 42,2 mm od externího dodavatele ETZY VAMBERK spol. s.r.o. ROZBOR SIL PSOBÍCÍCH NA ETZ: Obr. 16- Síly psobící na etz BRNO 2013 21

Na Obr. 16 je znázornno rozložení silových úink na kazetu (2), která je uvádna z klidu do pohybu za pomocí unašee, který bude souástí etzu (3). Pedpokládané odpory proti pohybu jsou setrvaná síla kazety, tecí síla mezi etzem a tecí lištou, která je pevn spojena s rámem stroje (1). Pro výpoet síly psobící na dva etzy a následn pak penášeného výkonu jedním etzem byly použity tyto následující hodnoty: m 2 = 3300 kg f 31 = 0,15 g = 9,81 ms -2 a k = 0,3 ms -2 v k = 0.25 ms -1 i = 1,0 z 1 = 17 p r = 19,05 mm Rovnováha sil v ose y: (1) Rovnováha sil v ose x: (2) (3) Výkon penášený jedním etzem P r :! " % % & (4)! " ####$ Kde: m 2 [kg] provozní hmotnost kazety f 31 [-] souinitel tení mezi etzem a tecí lištou g [ms -2 ] gravitaní zrychlení a k [ms -2 ] zrychlení kazety v k [ms -1 ] rychlost kazety i [-] pevodový pomr etzových kol z 1 [-] poet zub malého etzového kola p r [mm] rozteetzu F 32 [N] síla psobící na dva etzy P r [W] výkon penášený jedním etzem Pro kontrolu etzu je nutno urit nkolik doprovodných koeficient, podle kterých bude redukován penášený výkon. Tyto koeficienty zahrnují nkteré provozní podmínky etzu. Kontrola probíhala podle normy SN 02 3311 [6]. BRNO 2013 22

Souinitel rázu Y: Podle zpsobu použití etzu volíme souinitel rázu 2. Y = 2 Souinitel výkonu : Z tohoto souinitele a potu zubetzového kola z 1 = 17 vyplývá: = 0,54 Souinitel mazání 2 : Pi pedpokladu provozu dopravníku s dostateným tukovým mazáním volíme: 2 = 1 Souinitel provedení pro etz podle DIN 8187, p : p = 1,0 Souinitel vzdálenosti os v : v = 1,15 Redukovaný výkon P d :! " ####! '.#.$.#/$ (5) () * +, - Kde: Y [-] souinitel rázu [-] souinitel výkonu 2 [-] souinitel mazání p [-] souinitel provedení v [-] souinitel vzdálenosti os P r [W] výkon penášený jedním etzem P d [kw] redukovaný výkon na jeden etz Maximální otáky malého etzového kola n 1 : 0 % # 1 2 " #. #304 (6) Kde: p r n 1 [mm] rozteetzu [min -1 ] otáky malého etzového kola (výstupní otáky pevodovky) Z výkonového diagramu pro etzy podle normy DIN 8187 jsme odeetli pro dané otáky n 1 = 46 min -1 a redukovaný výkon P d = 1,07 kw, že etz 12 B-2 vyhoví. BRNO 2013 23

PEVNOSTNÍ KONTROLA ETZU Obvodová síla psobící na etz od penášeného výkonu F o : 6 (7) Celková síla psobící na etz F C : Vzhledem k malé rychlosti etzu bylo rozhodnuto, že do výpotu celkové síly F C psobící v etzu nebude zahrnuta odstedivá síla F n, která psobí v láncích etzu. 7 6 8 (8) Statická bezpenost k s : F b = 57 800 N / 5 9 7 :. (9) / 5.. Dynamická bezpenost k d : 9 / ' 7 ; : 10) / '. Kde: F 32 [N] síla psobící na dva etzy F c [N] celková síla psobící v láncích etzu F o [N] obvodová síla psobící v etzu od vnjšího zatížení F n [N] odstedivá síla F b [N] síla odpovídající zatížení dle katalogu výrobce etzy Vamberk Y [-] souinitel rázu k s [-] statická bezpenost etzu k d [-] dynamická bezpenost etzu Kontrola tlaku v kloubech etzu p v : Pro kontrolu tlaku v kloubech je nutno stanovit následující veliiny: p i = 30,41 MPa 1 = 0,73 mrný tlak pi ideálních podmínkách souinitel tení v kloubech etzu f s = 179 mm 2 plocha kloubu etzu dle katalogu výrobce [1] BRNO 2013 24

2 '6-2 > ) ). =! (11) 2 < 7 5 #=! (12). 2 '6-2 < & =! #=! Kde: p v [MPa] mrný tlak v kloubech etzu p dov [MPa] dovolený tlak v kloubech etzu 2 [-] souinitel mazání Navrhovaný etz vyhovuje ve všech parametrech. 5.2.3 ETZOVÁ KOLA Pi návrhu etzu byl uvažován pevodový pomr mezi ozubenými koly 1:1, z ehož vyplývá volba pot zub ostatních etzových kol z 1 = z 2 = z 3 = 17. Pro zvolený dvouadý etz 12B- 2 budou použity dvouadá etzová kola. Rozmry ozubení etzových kol jsou dány typem použitého etzu a vychází z normy SN 01 4811 [6]. bf2 d1 ri bf1 bf1 rx re f Da D Df r 360 /z Dg D er Obr. 17- Rozmry etzového kola Parametry etzu: e r = 19,46 mm b 1 = 11,68 mm d 1 = 12,07 mm p r = 19,05 mm d 1 = 12,07 mm vzdálenost mezi adami etzu vnitní šíka etzu prmr váleku rozteetzu prmr váleku etzu BRNO 2013 25

Prmr roztené kružnice D:? 2 " @30A B 1 C @30A B. C #. (13) Kde: z 1 [-] poet zub malého etzového kola Polomr dna zubní mezery r i : D > E. # (14) Polomr boku zubu r e : D F E G1 H.G. H. (15) Prmr hlavové kružnice D a :? I?E #... (16) Prmr patní kružnice D f :? J? D > #. # (17) Úhel otevení r: K " B B B B.B (18) 1. Rozdíl polomru roztené kružnice a vnce f r : ".2 ". (19) Prmr vnce etzového kola D g :? L? " #... (20) Polomr zaoblení zubu r x : D E. 18,1 mm (21) Šíka zubu etzového kola b f1 : M J M # # (22) BRNO 2013 26

Šíka vnce etzového kola b f1 : M J M N " ## (23) 5.3 MOTOR A PEVODOVKA 5.3.1 MOTOR Pro stanovení vhodného motoru je nejprve nutno urit potebný výkon pro posuv kazety. Tento výkon je stanoven v kapitole 5.2.2 jako P r = 668,66 W, což je výkon penášený jedním etzem. V konstrukním návrhu jsou ovšem uvažovány dva etzy, tudíž je teba tento výkon zdvojnásobit.! O! " ####.$ (24) Kde: P m [W] výkon motoru P r [W] výkon penášený jedním etzem Pomocí katalogu [4] byl zvolen vhodný motor a to DRE90L4, jehož základní parametry jsou v Tab. 3. Tab. 3- Parametry motoru DRE90L4 Typ Výkon P m [kw] Otáky motoru n m [min -1 ] Jmenovitý krouticí moment M n [Nm] Úinnost m [%] Moment setrvanosti J m [kg mm 2 ] DRE90L4 1,5 1 430 10 84 4,35 10 3 5.3.2 PEVODOVKA Pro penos krouticího momentu mezi motorem a hnacím etzovým kolem je nutno využít vhodný typ pevodovky, jelikož výstupní otáky zvoleného motoru jsou píliš vysoké a výstupní krouticí moment píliš malý, aby pímo pohánl etzový pevod. Výrobce pevodovek firma SEW-EURODRIVE nabízí hned nkolik vhodných typ pevodovek. Jsou to, vzhledem k možnému provedení, ti základní druhy. Prvním druhem jsou šnekové pevodovky, které se vyznaují nízkou hluností a možností vysokých pevodových pomr. Nevýhodou je jejich úinnost, která je pi rozbhu podstatn nižší než u pevodovek s elním nebo kuželo-elním ozubením. Dále je to rozdílná úinnost pi rzných smyslech otáení. Další nedostatkem tchto pevodovek je jejich delší doba zábhu, která nedílnou mrou ovlivuje jejich úinnost. Vhodným typem pevodovek pro tuto konstrukci jsou ploché elní pevodovky a kuželo-elní pevodovky. Ty svou úinností až 98% vyhovují potebám navrhovaného zaízení. Kritérii pro volbu daného druhu pevodovky budou pedevším poizovací náklady, ale dležitá je také zástavbová poloha motoru. Pro toto zaízení jsme se rozhodli pro zástavbu motoru s osou rovnobžnou s pohybem kazety, proto jsme zvolili kuželo-elní pevodovku, která umožuje penos krouticího momentu mezi dvma mimobžnými hídeli. BRNO 2013 27

Pro stanovení vhodné pevodovky je teba urit výstupní otáky a vhodný pevodový pomr. Výstupní otáky jsou dány maximálními otákami malého etzového kola n 1 = 46,3 min -1. Pro zvolený motor jsou známy jmenovité otáky motoru n m = 1430 min -1. Z tchto parametr lze urit pevodový pomt potebný k návrhu vhodné pevodovky. Návrhový pevodový pomr i p : 3 + 0 O (25) 0 # Návrhový krouticí moment na výstupu z pevodovky M a : = I! O #.#. (26) P0 # Kde: i p [-] Návrhový pevodový pomr pevodovky n m [min -1 ] Jmenovité otáky motoru n 1 [min -1 ] Výstupní otáky na hídeli pevodovky M a [Nm] Návrhový krouticí moment na výstupu z pevodovky Pomocí katalogu [4] byla zvolena vhodná pevodovka KAZ57, kuželo-elní pevodovka v pírubovém provedení s dutým hídelem. V Tab. 4 jsou její základní parametry. Tab. 4- Parametry pevodovky KAZ57 Typ Výstupní otáky n 1 [min -1 ] Celkový pevodový pomr i g [-] Krouticí moment s motorem DRE90L4 M k [Nm] Maximální možný krouticí moment na výstupu M kmax [Nm] Úinnost g [%] Maximální radiální síla [N] Provozní faktor SEW-f b [-] KAZ57 47 30,28 305 600 94 7 330 2,0 5.3.3 KONTROLA PEVODOVÉHO MOTORU Podle píruky výrobce SEW-EURODRIV [1] je nutno u pevodových motor kontrolovat nkolik provozních veliin, které se vztahují k provozu daného pevodového motoru a pracovního stroje, v tomto pípad etzového dopravníku. Prvním souinitelem je tzv. provozní faktor f b, který zohleduje vliv pracovního stroje na pevodovku. Tento faktor je závislý na denní pracovní dob, dále pak na etnosti spínání motoru, do které je zahrnuto nejen samotné sepnutí motoru, ale i pechod na nižší i vyšší otáky, a zárove je zde zahrnut faktor zrychlení hmot f z. Tento faktor je dán podílem veškerých externích setrvaných moment redukovaných na otáky motoru a moment setrvanosti na stran pohonu, jako jsou momenty setrvalosti brzdy, externího ventilátoru, motoru atd. Pro stanovení provozního faktoru f b je nejprve nutno stanovit faktor zrychlení hmot f z. Pro urení tohoto souinitele se musí provést pedbžný návrh uritých komponent. Vzhledem BRNO 2013 28

k zanedbatelným rozmrm a hmotnostem vtšiny díl dopravníku vi pepravované kazet je nutné brát následující hodnoty spíše jako návrhové. Obr. 18- Schéma návrhu etzového dopravníku Veliiny potebné pro kontrolu pevodového motoru: m 3 = 2 kg J 4 = 1 842 kg mm 2 J 5 = 2 027 kg mm 2 hmotnost jednoho etzu moment setrvanosti hnaného etzového kola moment setrvanosti hnacího etzového kola NÁVRH ROZMR TRANSMISNÍ HÍDELE: Po konzultaci se zadavatelem diplomové práce firmou, SSI-SCHÄFER (dále jen zadavatel), bylo dohodnuto, že posuv etz na jednotlivých stranách dopravníku vi sob by neml výt vtší než Q = 1,5 mm. Z ehož vyplývá, že je nutno navrhnou takovou transmisní hídel, která bude dostaten tuhá v krutu, aby tuto podmínku zabezpeila. Bylo rozhodnuto využít duté hídele. G = 8,07 10 4 MPa M k = 305 Nm Q modul pružnosti ve smyku krouticí moment na výstupu pevodovky rozdíl posuvu etzu Maximální úhel natoení konc transmisní hídele max : * OI Q? DE (27) #. Kde: D [mm] prmr roztené kružnice etzového kola BRNO 2013 29

Pro pedbžný návrh byly zvoleny tyto hodnoty: D t = 55 mm vnjší prmr transmisní hídele t t = 5 mm tlouš ka stny l t = 7 300 mm pedbžná délka transmisní hídele Polární kvadratický moment prezu transmisní hídele J p : R + P Z? [ T G? [ \ [ H T ] ^T G H T _ (28) R + S T Úhel natoení konc hídele t : = `[. * [ R +. T S DE (29) Kontrola úhlu natoení: * [ a* OI (30) U Hmotnost transmisní hídele m 6 : V.# 4W / 4 hustota oceli W VX P? [ PG? [ \ [ H Y`[ (31) W.# 4W X G H Y. #/ Moment setrvanosti transmisní hídele J 6 : R W W X? [ G? [ \ [ H Y #X G H Y (32) R W T / BRNO 2013 30

Výpoet ekvivalentního momentu setrvanost J e : Pro výpoet ekvivalentního momentu setrvanosti zde bylo vycházeno z metody redukce setrvaných hmot, která je založena na principu zachování kinetických energií soustav. d F d (33) RF e S G % % #R T e S R W e S H (34) % e S? f % e S b? c (35) R F b? c b? c #R T R S R W (36) R F b #. c b #. c #. T R F & W / E e [J] Ekvivalentní kinetická energie E s [J] Kinetická energie soustavy 5 [rad/s] Úhlová rychlost na výstupu pevodovky v 3 [m/s] Rychlost etzu m 2 [kg] Provozní hmotnost kazety m 3 [kg] Hmotnost jednoho etzu J 4 [kg mm 2 ] Moment setrvanosti hnaného etzového kola J 5 [kg mm 2 ] Moment setrvanosti hnacího etzového kola D [mm] Prmr roztené kružnice Ekvivalentní moment redukovaný na otáky motoru J x : R R F b 0 0 O c & W b # c / (37) n 1 [min -1 ] Otáky malého etzového kola n m [min -1 ] Jmenovité otáky motoru FAKTOR ZRYCHLENÍ HMOT gh R R O (38) BRNO 2013 31

URENÍ PROVOZNÍHO FAKTORU Pro urení provozního faktoru f B je nutno znát faktor zrychlení hmot f zh, který uruje danou kivku grafu, která je na Obr. 19. Pro f zh 0,2 platí kivka I, pro f zh 3,0 platí kivka II a pro f zh 10,0 pak kivka III. Dále je nutno znát etnost spínání a denní dobu provozu. Obr. 19- Graf pro urení provozního faktoru [1] Dle požadavk zadavatele má systém pracovat v 12-ti hodinovém provozu a zvládnout 10 pracovních cykl za hodinu. etnost spínání Z pitom zahrnuje nejen samotné zapnutí a vypnutí motoru, ale i jeho pechod na vyšší i nižší otáky. Pi etnost spínání Z = 80 h -1 iní tedy podle grafu na Obr. 19 provozní faktor f B = 1,43. KONTROLA MAXIMÁLNÍHO PÍPUSTNÉHO KROUTICÍHO MOMENTU M KMAX = OI : 9 = I f# :. (39) # M a [Nm] Návrhový krouticí moment na výstupu z pevodovky STANOVENÍ MAXIMÁLNÍHO VSTUPNÍHO MOMENTU NA PEVODOVCE = OOI = OI 3 L i L # (40) i g [-] Celkový pevodový pomr g [%] Úinnost pevodovky BRNO 2013 32

KONTROLA MAXIMÁLNÍ PÍPUSTNÉ RADIÁLNÍ SÍLY: 3 2 1 1 - RÁM 2 - PEVODOVKA 3 - ETZOVÉ KOLO a b Obr. 20- Návrh uložení hídele na výstupu z pevodovky Dle katalogu výrobce [4] je u kuželo-elních pevodovek v pírubovém provedení maximální radiální síla F rmax = 7310 N. Podle píruky [3] ale v tomto pípad nesmí pesáhnout 50% své nominální hodnoty. Maximální radiální síla pro navrhovanou pevodovku tedy iní F rmax = 3 655 N. F p A B F Ra a b F Rb Obr. 21- Silový rozbor konce hídele pro kontrolu pevodovky BRNO 2013 33

a = 70 mm vzdálenost od rámu ke stedu pastorku b = 80 mm vzdálenost od stedu pastorku k ložisku pevodovky F p [N] síla namáhající hídel pod pastorkem F Ra, FRb [N] reakce v bod A, B Síla namáhající hídel pod pastorkem F p : f z = 1,4 Pídavný faktor pro ozubená kola podle [3] = +? g #. (41) M k [Nm] Krouticí moment s motorem DRE90L4 D [mm] Prmr roztené kružnice etzového kola Výpoet radiální síly psobící na ložiska F Ra, F Rb : Momentová rovnováha k bodu A: = j k9 + M.. # (42) Silová rovnováha v ose y ki + k9 #. (43) Kontrola radiální síly: k9 a "OI f# U # (44) Podle kontrolního postupu daného firmou SEW-EURODRIVE zvolená kombinace kuželo- elní pevodovky KAZ57 a motoru DRE90L4 vyhovuje ve všech bodech kontrolního mechanismu. BRNO 2013 34

5.4 SYSTÉM NAPÍNÁNÍ Bhem provozu je poteba zabezpeit dostatené napnutí etzu. Jelikož bude etz zatžován v obou smyslech otáení etzových kol, je nutné jej navrhnout tak, aby zabezpeil jeho napnutí pi obou pracovních stavech. Prvním z vhodných ešení je napínací tmen, viz Obr. 22. Obr. 22- Napínání etzu pomocí tmenu Toto ešení je dostaten tuhé, aby zabezpeovalo napínání etzu pi obou smrech pohybu. Bylo ovšem zamítnuto a to díky nevhodnosti použití u zvoleného etzového pevodu, viz Obr. 15. U takto zvoleného etzového pevodu by bylo dopínání znan nároné nejen pi montáži, ale i bhem servisu zaízení a to díky nedostatku místa. Dalším vhodným ešením napínání je pákový mechanismus, viz Obr. 23. Jedná se o dvouramennou páku, na jejímž jednom konci je umístno napínací etzové kolo a na druhém konci je síla potebná k napnutí etzu a vyvození reakce od zatížení kladky pi provozu. Síla je vyvozována napínacím šroubem. Toto ešení bude použito pi návrhu dopravníku. BRNO 2013 35

5.5 HÍDELE AEPY Obr. 23- Napínání etzu pákovým mechanismem Pro stanovení rozmr hídelí je teba stanovit výsledné vnitní úinky, které v nich vyvozuje vnjší zatížení. Hlavním zatížením, které namáhá transmisní hídel a hídele pod pastorky, je krouticí moment, dále je to s ohledem na délku transmisní hídele gravitaní zrychlení. Hídele, na kterých budou nasunuta ostatní etzová kola, budou namáhána pouze ohybem, jelikož nepenáší žárný krouticí moment. 5.5.1 NÁVRH MINIMÁLNÍHO PRMRU HÍDELE POD PASTORKEM Na Obr. 24 je znázornn prbh vnjších zatížení hídele. Je to pedevším krouticí moment M k, který vyvozuje motor s pevodovkou. Dále je to síla, kterou vyvozuje krouticí moment, jenž ohýbá hídel. Dále jsou zde naznaeny prbhy momentu, které jsou tmito zatíženími vyvozeny. Z obrázku vyplývá, že kritické místo na hídeli bude práv pod pastorkem (hnací kolo pevodu), kde je nejvtší ohybový moment a nejvtší krouticí moment. Pro návrh prmru je teba nejprve zvolit materiál hídele, proto volíme konstrukní ocel 1.0050, která má minimální mez kluzu R e = 245 MPa. Dále pak volíme bezpenostní koeficient k = 2. BRNO 2013 36

a b c A F Ra M p M k/2 F Rb B F p M o M k Obr. 24- Výsledné vnitní úinky na hídeli pod pastorkem M p [Nm] krouticí moment na pastorku M o [Nm] ohybový moment c [mm] vzdálenost mezi ložiskem a stedem hídele pevodovky Ohybový moment pod pastorkem M o : = 6 k9 M # (45) Jelikož se jedná o kombinované namáhání je nutno urit redukované naptí, podle kterého bude možno zvolit vhodný prmr hídele. K tomuto výpotu lze využít dv teorie, a to teorii HMH, nebo teorii maximálních smykových naptí. Ob tyto teorie dochází k podobným výsledkm, a proto je možno vycházet z kterékoliv z nich. Pro stanovení minimálního prmru hídele byla využita teorie maximálních smykových naptí, též známá jako max. Podle knihy Konstruování strojních souástí [5] je podle rovnice (6-45) pro tuto teorii vzorec pro výpoet prmru hídele následující. Minimální prmr hídele d pmin : n E +O>8 l / m= Po 6 b = c (46) F n E +O>8 l m b c E +O>8 # BRNO 2013 37

Volba prmru hídele pod pastorkem d p : dp-t Odpmin Odp Obr. 25- Návrh prmru hídele d p [mm] prmr hídele pod pastorkem t [mm] hloubka drážky pro pero Podle Strojnických tabulek [6], str. 467 je pro rozsah prmr 22-30 mm hloubka drážky t = 4,1 mm. Nebyla by tady splnna podmínka E +O>8 U E + \. Proto volíme prmr hídele pod pastorkem d p = 35 mm. NÁVRH DÉLKY PERA POD PASTORKEM Pro pastorek o prmru d p = 35 mm je ureno pero tsné, o šíce b p = 10 mm a výšce h p = 8 mm. Volíme délku pera l p = 50 mm. Síla psobící na bok pera v náboji F t : [ = E + Tlak psobící na pero p p :. (47) Podle vzorc v kapitole 4.3 v uebnici [7] je tlak psobící na pero roven: [ 2 + \ `+. =! (48) BRNO 2013 38

Dovolený tlak na pero p d : Podle [6] je dovolený tlak 2 p, p[ =! (49) Kontrola na otlaení: 2 + a 2 p (50) =! U=! Kontrola pera na stih: Podle [7] je dovolené naptí ve smyku Dt rovno q p[ #, p[ # ##=! (51) Namáhání pera na stih p : [ q + M + `+ Kontrola pera na smyk:.. =! (52) q + a q p[ (53). =! U ##=! f Navržené pero vyhovuje a bude schopné pevést daný krouticí moment. b p [mm] šíka pera h p [mm] výška pera l p [mm] délka pera F t [N] síla psobící na bok pera t 1 [mm] hloubka drážky v náboji p D [MPa] dovolený tlak na pero Dt [MPa] dovolené naptí pro pero Dt [MPa] dovolené naptí ve smyku pro pero p [MPa] naptí ve smyku pro pero BRNO 2013 39

5.5.2 NÁVRH PRMRU HÍDELE PASTORKU NA STRAN BEZ POHONU F Rt d e e M k /2 E F Re M p F Rf F F p om Obr. 26- Vvu pod pastorkem na stran bez pohonu M p [Nm] krouticí moment na pastorku M o [Nm] ohybový moment F Re, F Rf [N] reakce v bod E, F F Rt [N] zatížení od transmisní hídele km Silový rozbor na hídeli: d = 150 mm e = 60 mm volný konec hídele polovina vnitní šíky rámu Momentová rovnováha k bodu E: = r kj + N k[ E # (54) N # Silová rovnováha v ose y: kf + kj k[ (55) BRNO 2013 40

Maximální ohybový moment M op : Z Obr. 26 je jasn patrné, že kritické místo na hídeli bude opt pod pastorkem. Pro toto místo bude navrhnut minimální prmr hídele. = 6+ kj N # (56) Návrh prmru hídele d p2min : Pi výpotu minimálního prmru d p2mon opt vycházíme z rovnice (6-45) podle [5]. n E + O>8 l / m= Po 6+ b = c (57) F n E + O>8 l m b c E + O>8 S ohledem na hloubku drážky pro pero volíme d p2 = 35 mm. R e [MPa] Mez kluzu materiálu k [-] Bezpenostní koeficient M k [Nm] Krouticí moment s motorem DRE90L4 5.5.3 NÁVRH PRMRU HÍDELE POD ETZOVÝMI KOLY Obr. 27- Schéma namáhání epu BRNO 2013 41

U navrhovaných hídelí, respektive ep pod etzovými koly nebude docházet ke kombinovanému namáhání krutem a ohybem, nastane zde pouze ohyb. Tyto momenty nabudou nejvtší velikosti v okamžiku, kdy se bude kazeta pesouvat z regálu na dopravník, nebo naopak, a její tžišt se dostane nad osu hídele. Takovýto pípad mže nastat za situace, kdy pi montáži dojde k nepesnosti a dopravník bude ustaven o nco málo výše, než je hrana nulté regálové pozice, ze které se bude vyskladovat. Mže také nastat tehdy, když dojde k nadmrnému opotebení tecích lišt. Materiál pro tento ep volíme opt 1.0050 a prmr d c = 35 mm. Ohybová síla na epu F oc : 67 ## (58) m 2 [kg] Provozní hmotnost kazety Maximální ohybový moment: F OC G H F Rg e e F Rh M o Obr. 28- Výsledné vnitní úinky na ep F oc [N] ohybová síla na epu F Rg, F Rh [N] reakce na epu v bod G, H e [mm] polovina vnitní šíky rámu Mo [Nm] ohybový moment BRNO 2013 42

Podle Obr. 28 je maximální ohybový moment ve stedu epu. = 6 67 s ## # (59) Naptí v epu o :, 6 = 6 $ 6 = 6 PE 7 =! (60) W o [mm 3 ] modul prezu v ohybu Kontrola dovoleného naptí D :, p o F / =! (61), p :, 6 =! =! fnavrhnutý prmr epu je vyhovující. o [MPa] Naptí v ohybu D [MPa] Dovolené naptí [MPa] Mez kluzu materiálu [-] Bezpenostní koeficient 5.5.4 NÁVRH PRMRU EPU POD NAPÍNACÍM KOLEM F /2 32 F /2 32 N F Rn F /2 32 F /2 32 Obr. 29- Rozbor sil na napínací kladce BRNO 2013 43

Výpoet reakní síly pod napínacím kolem F Rn : Pi výpotu uvažujeme úhel mezi vtvemi etzu minimáln 90. Proto bude ep pro napínací kladku navrhnut na zatížení práv pi tomto úhlu rozevení. k8 t b c t b c (62) F 32 [N] Síla psobící na dva etzy FRn [N] Reakní síla na epu napínací kladky F Rn F R l /2 l /2 n n F R M o Obr. 30- Prbh ohybového momentu na epu napínacího kola Z Obr. 30 vyplývá, že maximální ohybový moment je v polovin délky epu napínací kladky. Pro pevnostní kontrolu epu je zvolen prmr epu d n = 20 mm, délka l n = 120 mm a materiál 1.0050. = 6 k8 u v. (63) Naptí v epu o :, 6 = 6 $ 6 = 6 PE 8..=! (64) BRNO 2013 44

Kontrola dovoleného naptí:, p o F / #=! (65), p :, 6 #=!.=! f Navrhnutý prmr epu je vyhovující. W o [mm 3 ] Modul prezu v ohybu o [MPa] Naptí v ohybu D [MPa] Dovolené naptí F Rn [N] Reakní síla na epu napínací kladky d n [mm] Prmr epu napínací kladky l n [mm] Délka epu napínací kladky 5.5.5 LOŽISKA Tato podkapitola se bude zaobírat návrhem vhodných ložisek, která budou zajiš ovat penos sil mezi jednotlivými hídeli a rámem dopravníku. Na Obr. 31 jsou naznaeny místa A až C, kde budou umístna kuliková ložiska. Tato ložiska je teba navrhnout tak, aby mla životnost 6000 h a unesla patiné zatížení. Dalšími ložisky pak budou ložiska v etzových kolech a napínací kladce. NÁVRH LOŽISEK A, B, C Obr. 31- Rozmístní ložisek na hídeli Na ložisko A podle Obr. 24 psobí pouze radiální síla F Ra = 2 258,7 N, z ehož vyplývá, že ekvivalentní zatížení se rovná P A = F Ra = 2 258,7 N. Na ložisko B podle Obr. 26 psobí pouze radiální síla F Re = 1 520,8 N, z ehož vyplývá, že ekvivalentní zatížení se rovná P B = F Re = 1 520,8 N. Na ložisko C podle Obr. 26 psobí pouze radiální síla F Rf = 2 359 N, z ehož vyplývá, že ekvivalentní zatížení se rovná P C = F Rf = 2 359 N. BRNO 2013 45

P A [N] ekvivalentní zatížení ložiska A P B [N] ekvivalentní zatížení ložiska B P C [N] ekvivalentní zatížení ložiska C F Ra [N] reakce na epu v bod A podle Obr. 24 F Re [N] reakce na epu v bod E podle Obr. 26 F Rf [N] reakce na epu v bod F podle Obr. 26 Po konzultaci u zadavatele bylo dohodnuto, že tato ložiska budou stejné velikosti a provedení. Dále bylo dohodnuto, že budou využita kuliková ložiska ady Y od firmy SKF. Jedná se o kuliková ložiska s kulovit vypouklým vnjším prmrem vnjšího kroužku a v našem pípad jednostrann rozšíeným vnitním kroužkem. Pi kombinaci s vhodnými ložiskovými tlesy jsou tato ložiska schopna kompenzovat do urité míry nesouososti. Nejvtší zatížení psobí na ložisko C, proto bude ložisko kontrolováno na toto zatížení P = P c = 2 359 N. Obr. 32- Ložisková jednotka SKF - FYTBK 507 - YAR 207-2RF [9] Pro tuto aplikaci byla zvolena ložisková jednotka FYTBK 507 s ložiskem YAR 207-2RF. Dynamická únosnost této jednotky je w. Bude plnno plastickým mazivem ureným pro standardní ložiskové jednotky Y, jehož viskozita pi 40 C je 185 mm 2 /s a pi 100 C je 15 mm 2 /s. K výpotu trvanlivosti byl využit interaktivní katalog výrobce ložisek SKF [9]. BRNO 2013 46

Obr. 33- Výstup z aplikace pro výpoet provozní viskozity [9] Pomocí aplikace pro výpoet provozní viskozity maziva, která je dostupná v interaktivním katalogu výrobce tchto ložisek, byla zjištna daná viskozita, která pak byla použita v dalším výpotu. Tato provozní viskozita je závislá na typu ložiska, rychlosti otáení ložiska n [min -1 ] a provozní teplot. Dále je pak závislá na daném mazivu a jeho vlastnostech. Z Obr. 33je patrné, že provozní viskozita maziva byla stanovena na 516 mm 2 /s. BRNO 2013 47

Obr. 34- Výstup s aplikace SKF pro výpoet únosnosti ložiska [9] Pro kontrolu zvoleného ložiska byla opt použita aplikace z interaktivního katalogu SKF [9]. Vstupní data pro tuto aplikaci byla již výše zmínná provozní viskozita v = 516 mm 2 /s, dále pak provozní otáky n = n 1 = 47 min -1, ekvivalentní zatížení ložiska P = 2,36 kn a souinitel zneištní, který byl zvolen c = 0,5. Výstupem této aplikace jsou pak základní hodinová trvanlivost L 10h a hodinová trvanlivost podle SKF L 10mh. Jak je patrné z Obr. 34, jsou tyto hodnoty vyšší než požadovaná trvanlivost ložisek 6 000 h, z ehož vyplývá, že ložiska vyhovují. BRNO 2013 48

NÁVRH LOŽISKA POD OZUBENÝMI KOLY: Na ložisko podle Obr. 28 psobí pouze radiální síla F oc = 16 186,5 N. S ohledem na rozmry etzového kola, a to pedevším na prmr vnce etzového kola D g = 77 mm, volíme dv ložiska pod etzovým kolem, z ehož vyplývá, že ekvivalentní zatížení na jedno ložisko je! x y z{ W WS.Toto zatížení má ovšem charakter rázu, proto bude ložisko navrženo podle statické únosnosti. Podle katalogu výrobce SKF volíme souinitel statické bezpenosti s 0 = 1 (normální požadavek na tichý chod pro rotující ložiska). Výpoet potebné statické únosnosti C o : w x @ x! x (66) Volíme ložisko 6007 Z/W64 SKF, jednoadé kulikové ložisko s lisovaným krycím plechem na jedné stran, plnné tuhým olejem. Základní statická únosnost iní C 0 = 10 200 N. P o [N] Ekvivalentní zatížení ložisek pod etzovými koly C o [N] Statická únosnost ložiska s o [-] Souinitel statické bezpenosti NÁVRH LOŽISKA NA VYROVNÁVACÍ KLADCE Na ep napínací kladky podle Obr. 29 psobí pouze síla F Rn = 4 132,5 N. S ohledem na šíku napínací kladky bude umístna na dvou ložiscích. Z toho vyplývá, že ekvivalentní zatížení se vypoítá:! } k8 ## (67) Výpoet potebné dynamické únosnosti C: n w! } m ~ xh #0 W n ## m ##. W (68) L 10h [h] Hodinová trvanlivost n 1 [min -1 ] Otáky malého etzového kola F Rn [N] Reakní síla na epu napínací kladky Na základ potebné dynamické únosnosti bylo zvoleno ložisko 61904-RZ s dynamickou únosností C 0 = 6 370 N. BRNO 2013 49

5.6 SPOJKY Požadavky kladené na spojky: Pro penos krouticího momentu z pevodovky na pastorek na stran bez pohonu bude nutno doplnit transmisní hídel o vhodné spojky, které budou zajiš ovat penos momentu z hnací hídele na transmisní a dále pak na hídel, na které je pastorek na stran bez pohonu. Na tyto spojky je kladeno nkolik dležitých požadavk. Prvním je schopnost vyrovnávat rzné druhy nesouososti (radiální, úhlovou ). S ohledem na šíku dopravníku nebude totiž možno zcela dodržet souosost hnacích hídelí. Dalším aspektem, který musí spojka zabezpeovat, je schopnost penášet krouticí moment pokud možno bez výraznjší zmny úhlu natoení konc spojky. Dležitou vlastností, kterou musí spojky také disponovat, je možnost seízení natoení jednotlivých konc hídelí a to z dvod nutnosti nastavení polohy etzových kol na obou stranách vzájemn vi sob. 5.6.1 VOLBA TYPU SPOJKY Pi konzultaci se zadavatelem práce bylo ureno, že pedním dodavatelem hídelových spojek bude firma KTR CR, spol. s r.o. Tento výrobce nabízí nkolik druh spojek, které vyhovují kladeným požadavkm. S ohledem na velikost transmisní hídele a výše zmínné požadavky byla zvolena spojka typu ROTEX GS se svrnými náboji. Tato spojka sice nepaí mezi torzn tuhé spojky, nicmén volbou dostaten tuhého pružného lenu je možno docílit pomrn malého úhlu natoení konc spojky. Svrné náboje pak zabezpeí snadnou montáž na hídele a také možnost seízení natoení etzových kol. Vzhledem k její konstrukci, viz Obr. 35, a uspoádání dvou spojek na obou koncích transmisního hídele bude docíleno principu dvojitého kardanu, kterým bude možno vyrovnat pípadné nesouososti. Obr. 35- ez zubem pružného elementu spojky [8] BRNO 2013 50

5.6.2 NÁVRH VELIKOSTI SPOJKY Pro návrh velikosti musí být splnna podmínka podle katalogu výrobce [8], a to že jmenovitý krouticí moment T NK spojky musí být vtší než korigovaný provozní výkon. } : j} [ ' (69) } : = I [ ' } :. } : # T NK [Nm] Jmenovitý krouticí moment spojky T AN [Nm] Penášený výkon S t [-] Teplotní koeficient S d [-] Faktor torzní tuhosti Volíme spojku ROTEX GS 48 64Sh D GS v provedení 2.5, která má jmenovitý krouticí moment T KN = 655 Nm. 5.6.3 KONTROLA SPOJKY Výpoet ekvivalentního momentu setrvanosti na stran zátže na spojce J L : d d (70) R e S A % % R T e S R S e S R W e S C (71) % e S? f % e S b? c (72) R b? c b? c R T R S R W (73) R b #. c b #. c. T R. W / E L [J] Kinetická energie ekvivalentní soustavy E k [J] Kinetická energie soustavy m 2 [kg] Provozní hmotnost kazety m 3 [kg] Hmotnost jednoho etzu v3 [m/s] Rychlost etzu 5 [rad/s] Úhlová rychlost na výstupu pevodovky D [mm] Prmr roztené kružnice etzového kola BRNO 2013 51

Výpoet ekvivalentního momentu na stran pohonu J A : R j R O b 0 O 0 c b. c W / (74) J m [kg mm 2 ] Moment setrvanosti motoru n m [min -1 ] Jmenovité otáky motoru n 1 [min -1 ] Otáky malého etzového kola Koeficient momentu setrvanosti m A : R. W j R j R. W W (75) Maximální korigovaný toivý moment na spojce T S : j j j = j j # (76) S A [-] Provozní faktor KONTROLA MAXIMÁLNÍHO TOIVÉHO MOMENTU } : [ ' (77) # : # #. KONTROLA SVRNÉHO SPOJE : j (78) : = T AS [Nm] Maximální tecí moment Pi kontrole provedené podle katalogu výrobce [8] zvolená spojka vyhovuje. BRNO 2013 52

KONTROLA ÚHLU NATOENÍ Pro tento úel použití je navíc nutno urit úhel natoení konc spojky pi maximálním krouticím momentu. Z katalogu [8] str. 148 je statická tuhost pružného elementu 48 64 Sh D, C DS = 57 630 Nm/rad. Úhel natoení konc hídelí s : = * 5 w p.# DE (79) 5.7 TRANSMISNÍ HÍDEL Transmisní hídel bude tvoena ocelovou silnostnnou trubkou, jejíž rozmry byly pedbžn navrhnuty v kapitole 5.3.3. Profil transmisní hídele byl zvolen jako mezikruží z dvodu píznivjšího rozložení hmoty v prostoru, než by tomu bylo u plného kruhového profilu. Tato kapitola se zamí na kontrolu zvolených rozmr a jejich pípadnou korekci. D t = 55 mm t t = 5 mm l t = 6 862 mm vnjší prmr transmisní hídele tlouš ka stny skutená délka transmise KONTROLA NA PRHYB l t /2 l /2 t F gt F Rt F Rt M o M k Obr. 36- Vvu na transmisní hídeli F gt [N] Gravitaní síla psobící na transmisní hídel BRNO 2013 53